Jawaban:

Untuk menjawab pertanyaan ini, kita dapat menggunakan persamaan kontinuitas aliran fluida yang menyatakan bahwa aliran fluida yang mengalir dalam pipa adalah sama pada setiap penampang pipa yang berbeda. Persamaan kontinuitas ini dinyatakan sebagai:

A1V1 = A2V2

di mana A1 dan A2 adalah luas penampang hidrolik pada dua penampang yang berbeda, dan V1 dan V2 adalah kecepatan aliran fluida pada penampang tersebut.

Dalam kasus ini, kita diberikan bahwa luas penampang hidrolik pada dua penampang yang berbeda adalah 4 m² dan 10 m², dan kecepatan aliran fluida pada penampang besar adalah 4 m/s. Mari kita gunakan persamaan kontinuitas untuk mencari kecepatan aliran fluida pada penampang kecil:

A1V1 = A2V2

(4 m²)(4 m/s) = (10 m²)(V2)

16 m³/s = 10 m² x V2

V2 = 16 m³/s / 10 m² = 1,6 m/s

Sekarang, kita dapat menggunakan prinsip dasar hidrolika untuk menghitung gaya pada penampang kecil, yang dinyatakan sebagai:

F = A x P

di mana F adalah gaya yang diterapkan pada penampang, A adalah luas penampang, dan P adalah tekanan hidrostatik pada penampang tersebut.

Kita sudah diketahui bahwa gaya pada penampang besar adalah 500 N, dan luas penampangnya adalah 10 m². Karena aliran fluida kontinu, tekanan hidrostatik pada kedua penampang harus sama. Oleh karena itu, kita dapat menghitung tekanan hidrostatik pada penampang besar menggunakan rumus berikut:

P = F / A = 500 N / 10 m² = 50 Pa

Sekarang, kita dapat menggunakan nilai tekanan hidrostatik yang sama untuk menghitung gaya pada penampang kecil:

F = A x P = 4 m² x 50 Pa = 200 N

Jadi, gaya pada penampang kecil adalah 200 N.